転写・翻訳後修飾による植物生殖細胞の分化調節メカニズムの検証

• 研究課題/領域番号: 18K06285
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山岡 尚平 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (00378770)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 生殖細胞分化 / 配偶子形成 / 転写因子 / 環境応答 / 陸上植物 / ゼニゴケ / 花粉 / 生殖細胞 / 発生・分化

研究成果の概要

BONOBO(BNB)転写因子ファミリーは進化的に保存された植物生殖系列細胞分化の調節因子である。本研究ではBNBの機能発現について、転写・翻訳後レベルでの調節機構を解析した。苔類ゼニゴケのMpBNBは被子植物の日長・光質経路のオルソログによる転写調節を受けていた。シロイヌナズナBNB2は花粉形成の初期に転写活性化されていた。また、両者はいずれも別の転写因子とヘテロ二量体を形成して生殖細胞分化を制御していること、この二量体形成はゼニゴケでは配偶子器発生の最初期で安定化しているが、シロイヌナズナ花粉形成では雄原細胞の分化運命決定後直ちに消失することが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物の配偶子形成機構は、未同定の基本的制御因子がいまだ多いため、不明な部分が多い。特にコケ植物などの基部植物の配偶子形成とその光環境依存的制御の分子機構はほとんど明らかでない。本研究は、最近研究代表者らが同定した鍵因子BNBの機能発現調節機構についての基礎的知見を得ることで、こうした問題の解明を目指すものである。こうした知見は、食糧生産の基礎である植物有性生殖のメカニズムの全容解明に不可欠であり、社会的意義は大きい。

研究成果

• [国際共同研究] Gregor Mendel Institute(オーストリア)
• [国際共同研究] University of Kentucky(米国)
• [雑誌論文] Development and Molecular Genetics of Marchantia polymorpha. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohchi T, Yamato KY, Ishizaki K, Yamaoka S, Nishihama R.
  • 雑誌名: Annu. Rev. Plant Biol. 巻: 72 号: 1 ページ: 677-702
  • DOI: 10.1146/annurev-arplant-082520-094256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chromatin Organization in Early Land Plants Reveals an Ancestral Association between H3K27me3, Transposons, and Constitutive Heterochromatin (2020)
  • 著者名/発表者名: Montgomery SA, Tanizawa Y, Galik B, Wang N, Ito T, Mochizuki T, Akimcheva S, Bowman JL, Cognat V, Drouard L, Ekker H, Houng SF, Kohchi T, Lin SS, Liu LYD, Nakamura Y, Valeeva LR, Shakirov EV, Shippen DE, Wei WL, Yagura M, Yamaoka S, Yamato KT, Liu C, Berger F.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 号: 4 ページ: 573-588
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.12.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 陸上植物の配偶子形成の分子メカニズムとその進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岡 尚平、河内 孝之、荒木 崇
  • 雑誌名: 生化学 巻: 91 号: 4 ページ: 534-539
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2019.910534
  • NAID: 40022022830
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2019-08-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regulation of the Poly(A) Status of Mitochondrial mRNA by Poly(A)-Specific Ribonuclease Is Conserved among Land Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa Mai、Ikeda Yoko、Nishihama Ryuichi、Yamaoka Shohei、Lee Nam-Hee、Yamato Katsuyuki T、Kohchi Takayuki、Hirayama Takashi
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 3 ページ: 470-480
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz212
  • NAID: 120006900804
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Early Arising Role of the MicroRNA156/529-SPL Module in Reproductive Development Revealed by the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki Masayuki、Futagami Kazutaka、Shimamura Masaki、Inoue Chikako、Kunimoto Kan、Oogami Takashi、Tomita Yuki、Inoue Keisuke、Kohchi Takayuki、Yamaoka Shohei、Araki Takashi、Hamada Takahiro、Watanabe Yuichiro
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 号: 19 ページ: 3307-3314
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.07.084
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Building new insights in plant gametogenesis from an evolutionary perspective (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga Tetsuya、Yamaoka Shohei、Kawashima Tomokazu、Higo Asuka、Nakajima Keiji、Araki Takashi、Kohchi Takayuki、Berger Fr?d?ric
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 5 号: 7 ページ: 663-669
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0466-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A cis-acting bidirectional transcription switch controls sexual dimorphism in the liverwort. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga T, Okahashi K, Yamaoka S, Kajiwara T, Nishihama R, Shimamura M, Yamato KT, Bowman JL, Kohchi T, Nakajima K.
  • 雑誌名: EMBO J. 巻: 38 号: 6
  • DOI: 10.15252/embj.2018100240
  • NAID: 120006547401
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of CG Methylation in Marchantia polymorpha Causes Disorganization of Cell Division and Reveals Unique DNA Methylation Regulatory Mechanisms of Non-CG Methylation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Y, Nishihama R, Yamaoka S, Arteaga-Vazquez MA, Aguilar-Cruz A, Grimanelli D, Pogorelcnik R, Martienssen RA, Yamato KT, Kohchi T, Hirayama T, Mathieu O.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 12 ページ: 2421-2431
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy161
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] ゼニゴケから花粉の雄性配偶子形成のメカニズムを知る (2021)
  • 著者名/発表者名: 山岡 尚平
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会・関連集会「植物生殖改変ワークショップ」
• [学会発表] 苔類ゼニゴケの遠赤色光・日長依存的な成長相転換の分子機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金坂 侑紀，井上 佳祐，山岡 尚平，荒木 崇
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Analysis of GH17 members regulating engulfment of the generative cell into the vegetative cell in Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Ebine K, Yamaoka S, Ueda T.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Deep evolutionary origin of gamete-directed zygote activation by KNOX/BELL transcription factors in green plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Hisanaga T, Fujimoto S, Cui Y, Sato K, Yamaoka S, Kohchi K, Berger F, Nakajima K.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Analysis of germ cell-specific histone H1 variants involved in spermiogenesis in Marchantia (2020)
  • 著者名/発表者名: Kotani K, Nishida R, Higo A, Yamaoka S, Inoue K, Araki T.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Chromosome-level genome assembly of liverwort Marchantia polymorpha and updates of the genome database MarpolBase (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanizawa Y, Yagura M, Sakamoto M, Mochizuki T, Montgomery SA, Galik B, Yamaoka S, Nishihama R, Yamato KT, Kohchi T, Berger F, Liu C, Nakamura Y.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evolutionary Scenario behind Bacterial-to-Eukaryotic Takeover of Chloroplast DNA Ligase Function in Land Plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamaji T, Kobayashi Y, Yamaoka S, Shikanai T, Nishimura Y.
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会年会
• [学会発表] フィトクロムを介した遠赤色光シグナルはゼニゴケの生殖器官形成を制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上 佳祐、金坂 侑紀、山岡 尚平、西浜 竜一、河内 孝之、荒木 崇
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] ゼニゴケの生殖器官形成における光質と日長の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金坂 侑紀，井上 佳祐，山岡 尚平，西浜 竜一，河内 孝之，荒木 崇
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 緑色植物における葉緑体DNAリガーゼのバクテリア型から真核生物型への機能移譲 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浜地 貴志，小林 優介，山岡 尚平，鹿内 利治，西村 芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] アンチセンスlong non-coding RNA SUFによる苔類ゼニゴケ雌性化因子MpFGMYB の発現抑制メカニズムの解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 梶原 智明，岡橋 啓太郎，久永 哲也，岩_ 美雪，宮崎 基，山岡 尚平，西浜 竜一，嶋村 正樹，大和 勝幸，中島 敬二，河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] A histidine kinase MpCKI1 plays a role in female sexual development in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: 包 昊南，吉竹 良洋，山岡 尚平，西浜 竜一，河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] SABATH ファミリー遺伝子を介した生殖器官形成の抑制 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川村 昇吾，山岡 尚平，Rui Sun，楠 龍之介，西浜 竜一，河内 孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Evolutionarily Conserved Transcription Factors Involved in Gametangium Development in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaoka S, Inoue K, Saito M, Yoshitake Y, Nishihama R, Kohchi T, Araki T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bacterial-to-Eukaryotic Takeover of Chloroplast DNA Ligase Function in Land Plants (2019)
  • 著者名/発表者名: Hamaji T, Kobayashi Y, Yamaoka S, Shikanai T, Nishimura Y.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analysis of the Mechanism How Antisense lncRNA SUF Represses the Female Promoting Factor MpFGMYB in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Kajiwara T, Okahashi K, Hisanaga T, Miyazaki M, Iwasaki M, Yamaoka S, Nishihama R, Shimamura M, Yamato KT, Nakajima K, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of Sexual Organ Development by Methyltransferase of Gibberellin-Related Compounds in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawamura S, Yamaoka S, Sun R, Yoshitake Y, Nishihama R, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Update of MarpolBase to accommodate ver. 5.1 gene annotation (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanizawa Y, Yagura M, Sakamoto M, Mochizuki T, Montgomery SA, Galik B, Yamaoka S, Yamato KT, Kohchi T, Nakamura Y, Liu C, Berger F.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Tissue Specificity of Far-Red Light Signaling Pathway in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Morisaki R, Yoshitake Y, Inoue K, Yamaoka S, Nishihama R, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] The DELLA Protein Regulates Growth and Far-Red Light Response in the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Sun R, Hern_ndez-Garc_a J, Inoue K, Yamaoka S, NishihamaR, Bl_zquez MA, Kohchi T.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring the Function of the miR390-TAS3-ARF Pathway in Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Hung YL, Chien YC, Hainiwa E, Sun R, Yamaoka S, Nishihama R, Kohchi T, Wang CN.
  • 学会等名: Marchantia Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Gibberellin Precursor Is Involved in Sexual Organ Formation in the Liverwort Marchantia polymorpha (2019)
  • 著者名/発表者名: Rui Sun, Ran Wang, Ryunosuke Kusunoki, Keisuke Inoue, Ryuichi Nishihama, Shohei Yamaoka, Takayuki Kohchi
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] メチル基転移酵素ファミリー遺伝子による苔類ゼニゴケの生殖器官形成の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川村昇吾，山岡尚平，楠龍之介，Rui Sun，西浜竜一，河内孝之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 苔類ゼニゴケにおけるX染色体上の性決定遺伝子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩崎美雪，山岡尚平，梶原智明，宮﨑基，末次憲之，吉竹良洋，西浜竜一，大和勝幸，河内孝之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] MpBONOBO 転写複合体による苔類ゼニゴケの生殖器官形成の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 齊藤美咲，山岡尚平，吉竹良洋，光田展隆，西浜竜一，河内孝之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 異所的な分裂組織を形成するゼニゴケeda1変異体の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 毛利遊野，大谷健人，山岡尚平，西浜竜一，河内孝之，高橋卓，本瀬宏康
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ゼニゴケMarchantiapolymorphaと珪藻Nitzschiasp.NIES4239のゲノム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 望月孝子，谷澤靖洋，山岡尚平，西浜竜一，金澤建彦，Sean A. Montgomery，Chang Liu， Bence Galik，Frederic Berger，上田貴志，大和勝幸，河内孝之，谷藤吾朗，神川龍馬，中村保一
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 陸上植物の生殖細胞分化に必要な転写因子BONOBOの同定と標的遺伝子の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡尚平, 西浜竜一, 吉竹良洋, 石田咲子, 井上佳祐, 齋藤美咲, 岡橋啓太郎, 包昊南, 西田浩之, 山口勝司, 重信秀治, 石崎公庸, 大和勝幸, 河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] ゼニゴケにおけるDNAメチル化制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 池田陽子, 西浜竜一, 山岡尚平, ARTEAGA‐VAZQUEZ Mario. A, GRIMANELLI Daniel, MARTIENSSEN Robert A., POGORELCNIK Romain, MATHIEU Olivier, 大和勝幸, 河内孝之, 平山隆志
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 母性遺伝メカニズムの解明に向けたクラミドモナス有性生殖のゲノム編集アプローチ (2018)
  • 著者名/発表者名: 浜地貴志, 山岡尚平, 鹿内利治, 西村芳樹
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 転写因子BONOBOの機能に必要な相互作用因子の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤美咲, 山岡尚平, 吉竹良洋, 光田展隆, 西浜竜一, 河内孝之
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [学会発表] クローナル解析で究明する苔類ゼニゴケの無性芽発生パターンとオーキシン受容体MpTIR1の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀政, HARRISON Jill, 嶋村正樹, 山岡尚平, 河内孝之, 西浜竜一
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会
• [備考] 「陸上植物における配偶子形成とその進化」に関する総説を発表
  • URL: http://www.lif.kyoto-u.ac.jp/j/?post_type=research&p=12138